Il Bagaglino - la compagnia di varietà fondata da Pier Francesco Pingitore nel 1965 - lo ha accolto a braccia aperte fra i suoi membri, facendo spopolare la sua comicità tutta romana e mettendolo sotto gli occhi degli italiani attaccati al piccolo schermo il sabato sera. Sposato e padre di due figlie, inizia la sua carriera prima come comparsa generale in pellicole di serie B e poi con ruoli di maggiore importanza nel piccolo schermo.

Il debutto cinematografico nei film di serie B
Il film di debutto è la pellicola di Mariano Laurenti Patroclooo!... e il soldato Camillone, grande grosso e frescone del 1973, che lo vede indossare i panni di un soldato assieme a Pippo Franco, Piero Vida, Pupo De Luca, Luciana Turina, Adriana Facchetti e Giorgio Bracardi. Da quel momento in poi, sarà una presenza fissa di poliziotteschi e commedie scollacciate a sfondo militare.
Nel 1978 lavora accanto ad Alida Valli in Porco Mondo e nella sua carriera potrà anche fregiarsi di essere stato diretto da Nanni Moretti in un minuscolo ruolo (un uomo della troupe) in Sogni d'oro (1981).

Fra Franco, Lionello, Gullotta e Pingitore
Attore prediletto di Sergio Martino, lavora accanto a Monica Vitti e Ugo Tognazzi in Scusa se è poco (1982) e comincia invece a fare la spalla comica per attori come Christian De Sica, Massimo Boldi, ma soprattutto il già nominato Pippo Franco, Leo Gullotta e Oreste Lionello che ritroverà in televisione quando entrerà a far parte del Bagaglino, diretto da Pingitore nelle sue parodie di Bill Clinton. Ma quei tempi sono ancora molto lontani, dovrà prima passare Più bello di così si muore(1982) con Vittorio Caprioli, ma anche molte pellicole di Michele Massimo Tarantini, di Neri Parenti e di Carlo Vanzina.

Il sodalizio con Stefano Reali e il Rugantino
Nel 1991 è diretto da Mario Monicelli in Rossini! Rossini! con Philippe Noiret, Claudio Gora e Vittorio Gassman, poi si lancerà in telefilm e miniserie come: Stazione di servizio (1989), Classe di ferro 2 (1991) e il suo spin off Quelli della speciale (1992). È l'incontro con Stefano Reali a fargli cambiare la carriera, Reali lo imporrà infatti in numerosissime fiction, genere cui non disdegnerà mai di partecipare, da Una storia italiana (1992) in poi. Lavora con Stefania Sandrelli in Nottataccia (1992), è di nuovo in televisione con il film tv Per amore o per amicizia (1993) e poi sperimenta il teatro con il ruolo di Annibale in "Un paio d'ali" (1997), ma soprattutto con quello di Mastro Titta (ruolo ereditato da Aldo Fabrizi) in un leggendario "Rugantino" (1998 - 2004) che terrà banco per ben tre edizioni, all'interno delle quali affiancherà: Valerio Mastandrea, Sabrina Ferilli, Simona Marchini ed Edy Angelillo.

Il doppiaggio e le fiction
Anche doppiatore, presta la sua voce ad alcuni personaggi di animazione per i film Il principe d'Egitto, Z la formica e La gang del bosco, senza però dimenticare il cane del telefilm Tequila & Bonetti (2000).
Ma la sua carriera, almeno in questa sua seconda parte, è principalmente proiettata verso il piccolo schermo, scelta che gli consentirà di diventare un volto molto amato dalla televisione che ne apprezzerà sia la cadenza da romanaccio DOC sia la bonaria aria che gli circola intorno. Partecipa così a Ladri si nasce (1997) e il suo seguito Ladri si diventa (1998), passando per il telefilm I misteri di Cascina Vianello e per Ultimo (1998), arrivando a Le ragazze di Piazza di Spagna (1998), Cuori in campo (1998), Anni '50 (1998) e Anni '60 (1999), Tre stelle (1999), La casa delle beffe (2000), Villa Ada (2000, ancora con la Sandrelli), Cuccioli (2002) e La palestra (2003). Nominato al Nastro d'Argento come miglior attore non protagonista per Il pranzo della domenica (2003) assieme a Rocco Papaleo, recita accanto a Valerio Foglia Manzillo e Claudio Bigagli nel simpatico Verso Nord (2004), per la regia dell'amico Reali, in Il lupo di Stefano Calvagna e in Questa notte è ancora nostra (2008), ma continuerà pur sempre a preferire il piccolo schermo con: O la va o la spacca (2004), Un ciclone in famiglia (2005), I colori della vita (2005), I Cesaroni (2006), Domani è un'altra truffa (2006), Piper (2007) e Di che peccato sei? (2007).
Negli ultimi anni è tornato sul grande schermo con altre divertenti commedie di Carlo Vanzina e Paolo Genovese. Nel 2011, oltre alla partecipazione nel film drammatico Almeno tu nell'universo, è nel cast della commedia diretta da Ezio Greggio Box Office 3D. L'anno successivo è di nuovo diretto da Vanzina nella commedia a episodi Buona giornata, ambientata in differenti città italiane al fine di raccontare i vari stereotipi che caratterizzano il nostro paese, oltre che da Fragasso in Operazione vacanze. Inoltre lo troviamo nel Viva l'Italia di Massimiliano Bruno e in E io non pago - Un film d'evasione di Alessandro Capone, due commedie rappresentative dell'attuale stato di degardo morale del nostro paese. Tornerà a lavorare in numerose commedie con Vanzina (Mai Stati Uniti, Sapore di te) e Federico Moccia (Universitari - Molto più che amici), collaborando poi alla commedia di Paolo Genovese dal cast stellare Tutta colpa di Freud.
Nel luglio 2014 riceve il riconoscimento speciale Leggio d'oro, per essersi distinto nel doppiaggio cinematografico e televisivo in Italia. In questo anno che lo consacra come uno dei personaggi culto del piccolo e grande schermo italiano, sarà nei cinema anche con Quando si muore... Si muore! e Ambo. Del 2015 invece sono altri tre fortunati ruoli di attore, nei film Le leggi del desiderio di Silvio Muccino, e in Fratelli di sangue di Pietro Tamaro, due pellicole di genere differente, dove comunque Mattioli si destreggia con la sua solita naturalezza. Due commedie, nel 2016, lo faranno sicuramente sentire più vicino al suo habitat artistico naturale: Il crimine non va in pensione e Tutto può accadere nel villaggio dei miracoli. Del 2017 sono invece i due film MMA Love Never Dies di Riccardo Ferrero e Italian Business di Mario Chiavalin.